一种超亲水-水下超疏油微滤膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超亲水

【技术实现步骤摘要】
一种超亲水-水下超疏油微滤膜的制备方法


[0001]本专利技术属于微滤膜制备领域，特别涉及一种超亲水-水下超疏油微滤膜的制备方法。

技术介绍

[0002]在当前全球石化工业快速发展的背景下，水资源短缺和工业废水的增加严重阻碍了社会和环境的可持续发展。含油废水作为一种典型的工业废水，因油污染物危害性大成为环境和生态系统面临的主要威胁之一。为了解决含油废水排放问题，先进的油水分离技术必不可少。典型的油水分离技术有重力分离、絮凝沉淀、生物处理、浮选处理、超声分离、吸附、生物氧化等。与现有的传统分离技术相比，膜分离技术因其分离效率高、能耗低、环境友好等优点而备受关注，成为一种可有效去除油污染物、高效处理含油废水的关键技术。微滤被认为是处理含油废水的重要膜分离过程，特别是对于处理传统方法难以处理的乳化油废水有着独特的优势。但常规微滤膜产品易因油滴聚集与粘附而堵塞受损，导致渗透性低、选择性低、分离效率低、膜寿命缩短等问题，极大程度上限制了微滤膜在用于含油废水处理中的实际应用效果。因此设计和开发适用于含油废水处理的具有低油粘附特性的微滤膜至关必要。
[0003]抑制膜表面油粘附的常用策略在于对膜表面进行亲水改性。近年来，随着材料科学的发展，围绕特殊浸润性材料的研究发展迅猛。其中，超亲水材料可兼具水下超疏油特性，通常表现出对水的高亲和力，以及优异的抗油粘附能力，成为低油粘附膜材料设计制备的新策略。进一步研究发现，具备超亲水-水下超疏油特性的膜材料通常由微纳结构化表面和亲水性化学物质共同构成，一方面，借助亲水化学物质的水化作用和微纳结构的限制作用可在膜表面形成牢固的水化层抑制油粘附，另一方面，亲水性化学物质可同时促进水的跨膜传输并阻止油渗透从而实现油水分离(Chemical Communications,2014,50(42):5586-5588)。因此，制备超亲水-水下超疏油微滤膜，巧妙设计膜表面微纳结构和亲水性化学结构，进而实现高效油水分离，成为开发适用含油废水处理的高性能膜材料的重要途径。
[0004]受贻贝仿生的表面化学启发，单宁酸因具有独特的结构特性，可以通过多种反应(缩合、氧化、加成等)和多重相互作用(静电、氢键、疏水等)与多种材料进行组装，并因其具有来源广泛、低成本等特点在功能材料开发领域中引起了广泛的关注。同时，自Caruso于2013年首次报道了多功能金属多酚网络(Science 2013,341:154-147)并揭示了儿茶酚的多酚类化合物与过渡金属具有较强的鳌合能力，金属多酚网络已被用于多种功能材料改性。尽管金属多酚网络膜材料的超亲水改性方面已有报道(ACS Applied Materials&Interfaces 2018,10:33721-33729；Colloids and Surfaces A 2017,522:585-592)，但单一金属多酚网络无法形成有效的微纳结构，仅通过引入膜表面亲水性化学物质无法形成稳定的水化层结构抵御油粘附，超疏油抗污染效果提升受限。因此如何充分发挥多酚涂层优势并同步构筑微纳结构和亲水性化学结构是构筑超亲水-水下超疏油微滤膜的重要技术问题。
[0005]综合以上分析，为了获得具有优异抗油粘附特性的超亲水-水下超疏油微滤膜，本专利技术提出一种新颖的界面组装制备方法。首先，通过单宁酸/聚乙烯亚胺复合纳米粒子的静电共组装，在微滤膜表面形成纳米结构化复合涂层；其次，以复合纳米结构化涂层提供模板，通过引入金属离子与单宁酸形成金属多酚网络，进一步提升纳米结构化复合涂层亲水性，制备超亲水-水下超疏油微滤膜。纳米结构化复合涂层中，单宁酸/聚乙烯亚胺复合纳米粒子构成膜表面微纳结构，单宁酸/聚乙烯亚胺复合纳米粒子和金属多酚网络构成亲水性化学结构，有利于在膜表面形成更加稳定的水化层抑制油粘附或油渗透；同时，纳米结构化复合涂层中存在金属-多酚配位和单宁酸-聚乙烯亚胺静电络合双重交联网络结构，有利于强化涂层稳定性及涂层与基膜间界面稳定性。所得超亲水-水下超疏油微滤膜可望兼具低油粘附、高通量、高分离效率及优异的结构稳定性，且制备方法简单，结构可控，具有工业化应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服常规微滤膜产品在含油废水处理应用中的油粘附堵孔问题，提供一种超亲水-水下超疏油微滤膜的制备方法，以改善微滤膜亲水性，提升膜抗油粘附能力。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种超亲水-水下超疏油微滤膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009](1)将微滤膜浸泡在无水乙醇中5～60分钟；
[0010](2)配置单宁酸和聚乙烯亚胺混合溶液：将单宁酸和聚乙烯亚胺分别溶于去离子水中得到单宁酸溶液和聚乙烯亚胺溶液，并将两种溶液混合，用盐酸调节混合溶液的pH值为1～5；
[0011]所述单宁酸溶液和聚乙烯亚胺溶液的浓度各自独立为1g/L～5g/L；
[0012]所述聚乙烯亚胺分子量为300～5000；
[0013]所述单宁酸溶液与聚乙烯亚胺溶液的混合体积比为5:1～1:5；
[0014](3)将步骤(1)所得的微滤膜浸泡在步骤(2)所得的混合溶液中，在室温下浸泡3～12小时；
[0015](4)用氢氧化钠溶液调节步骤(3)所得的混合溶液的pH值至6～9，并将浸没其中的微滤膜继续浸泡5～60分钟，随后取出用去离子水充分冲洗干净；
[0016](5)将步骤(4)所得微滤膜浸泡在金属离子溶液中，室温下浸泡6～24小时；
[0017]所述金属离子溶液为硬酸型金属离子溶液和交界酸型金属离子溶液中的一种；
[0018]所述金属离子溶液的浓度为10～70mmol/L；
[0019](6)将步骤(5)中的微滤膜用去离子水充分冲洗干净，取出晾干，即得到所述的超亲水-水下超疏油微滤膜。
[0020]本专利技术中，所述的微滤膜可选择商业微滤膜产品，所述商业微滤膜产品可选择聚偏氟乙烯微滤膜、聚四氟乙烯微滤膜、尼龙微滤膜、聚醚砜微滤膜、混合纤维素微滤膜、再生纤维素微滤膜、聚碳酸酯微滤膜中的一种。
[0021]本专利技术中，所述的“室温”是指25～30℃。
[0022]作为优选，步骤(1)中，将微滤膜浸泡在乙醇溶液中10～30分钟。
[0023]作为优选，步骤(2)中，所述单宁酸溶液和聚乙烯亚胺溶液的浓度各自独立为2g/L～4g/L，所述单宁酸溶液与聚乙烯亚胺混合溶液体积比为2:1～1:2。最优选所述单宁酸溶液和聚乙烯亚胺溶液的浓度各自为2g/L，所述单宁酸溶液与聚乙烯亚胺混合溶液体积比为1:1。
[0024]作为优选，所述聚乙烯亚胺分子量为600～3000。
[0025]作为优选，步骤(3)中，在室温下浸泡4～7小时。
[0026]作为优选，步骤(4)中，所述氢氧化钠溶液的浓度为1～2mol/L。
[0027]作为优选，步骤(4)中，用氢氧化钠溶液调节步骤(3)所得的混合溶液的pH值至6～7，并将浸没其中的微滤膜继续本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超亲水-水下超疏油微滤膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将微滤膜浸泡在无水乙醇中5～60分钟；(2)配置单宁酸和聚乙烯亚胺混合溶液：将单宁酸和聚乙烯亚胺分别溶于去离子水中得到单宁酸溶液和聚乙烯亚胺溶液，并将两种溶液混合，用盐酸调节混合溶液的pH值为1～5；所述单宁酸溶液和聚乙烯亚胺溶液的浓度各自独立为1g/L～5g/L；所述聚乙烯亚胺分子量为300～5000；所述单宁酸溶液与聚乙烯亚胺溶液的混合体积比为5:1～1:5；(3)将步骤(1)所得的微滤膜浸泡在步骤(2)所得的混合溶液中，在室温下浸泡3～12小时；(4)用氢氧化钠溶液调节步骤(3)所得的混合溶液的pH值至6～9，并将浸没其中的微滤膜继续浸泡5～60分钟，随后取出用去离子水充分冲洗干净；(5)将步骤(4)所得微滤膜浸泡在金属离子溶液中，室温下浸泡6～24小时；所述金属离子溶液为硬酸型金属离子溶液和交界酸型金属离子溶液中的一种；所述金属离子溶液的浓度为10～70mmol/L；(6)将步骤(5)中的微滤膜用去离子水充分冲洗干净，取出晾干，即得到所述的超亲水-水下超疏油微滤膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的微滤膜选择聚偏氟乙烯微滤膜、聚四氟乙烯微滤膜、尼龙微滤膜、聚醚砜微滤膜、混合纤维素微滤膜、再生纤维素微滤膜、聚碳酸酯微滤膜中的一种。3.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雪婷，王若希，刘立芬，潘杰峰，兰幽优，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：